Diálogo Homem-Máquina. Documento técnico n.4

Transcrição

Diálogo Homem-Máquina Documento técnico nº4
Edição de Junho de 2009 Documento Técnico – Diálogo Homem-Máquina
A biblioteca técnica da Schneider Electric é muito vasta tendo um elevado número de publicações
sobre os mais variados temas :
- Automatismos Industriais, Supervisão e Comunicação
- Distribuição Eléctrica
O Centro de Formação em Portugal optou desde há muito por traduzir e adaptar algumas destas
publicações de modo a enriquecer as suas acções de formação com informação mais técnica.
Esta publicação pretende complementar as
industrial/comunicação/diálogo homem-máquina.
acções
de
formação
nas
áreas
da
automação
Nota:
Declinamos toda a responsabilidade derivada da utilização das informações e esquemas reproduzidos na
presente publicação bem como por eventuais erros ou omissões, contidos na presente publicação.
Esta publicação corresponde à compilação e adaptação de diversos documentos relativos ao Diálogo
Homem-Máquina da Schneider Electric.
Fátima Borges (Engª)
Centro de Formação da Schneider Electric Portugal
Email : [email protected]
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Documento Técnico – Diálogo Homem-Máquina
Índice
1 Introdução ...................................................................................................................................................4 1.1 Função diálogo homem-máquina ...........................................................................................................4 1.2 Informações de diálogo homem-máquina .............................................................................................4 1.3 Estrutura de uma aplicação de diálogo..................................................................................................6 1.4 Diferentes fases para a construção geral de um projecto com diálogo Homem-Máquina.....................8 2 Interfaces de diálogo homem-máquina.....................................................................................................9 2.1 Comando e sinalização “tudo ou nada” ..................................................................................................9 2.2 Visualização e introdução de dados numéricos ...................................................................................11 2.3 Terminais/ecrãs.....................................................................................................................................13 3 Servidor Web integrado ............................................................................................................................16 4 Computadores Industriais – iPC’s ...........................................................................................................20 4.1 Magelis Smart iPC ................................................................................................................................21 4.2 Magelis Compact iPC............................................................................................................................21 4.3 Magelis Smart BOX, Magelis Compact PC BOX, Magelis Flex PC BOX.............................................22 5 Supervisão .................................................................................................................................................23 6 Glossário ....................................................................................................................................................28 3
1 Introdução
Numa função de diálogo homem-máquina, o operador tem um papel extremamente importante neste
processo. Em função das informações de que dispõe, o operador deve efectuar acções que permitam o
bom funcionamento das máquinas e das instalações, mas que não ponham em causa a segurança e a
disponibilidade de serviço. É indispensável que a qualidade da concepção das interfaces e da função de
diálogo seja tal, que garanta aos operadores uma condução segura do processo em toda e qualquer
circunstância.
1.1 Função diálogo homem-máquina
As soluções actuais de sistemas automatizados, requerem o acesso à informação certa, no lugar certo e no
momento certo. O objectivo do diálogo homem-máquina, (HMI-Interface Homem-Máquina), é permitir a
comunicação entre o homem e a máquina de um modo simples para o operador utilizando as várias
soluções existentes no mercado.
O diálogo homem-máquina envolve sinais que tanto podem ser do tipo lógico como analógico. Este é
estabelecido através de elementos que permitam a intervenção directa do operador (teclados, botoneiras,
sinalizadores, consolas de visualização e comando e sistemas avançados de supervisão). A máquina
informa assim o operador, através de sinalizadores sonoros ou luminosos e de monitores, sobre o seu
estado de funcionamento.
O operador tem deste modo uma maior facilidade de análise e diagnóstico ao nível da instalação ou da
máquina, evitando-se desta forma erros de actuação.
1.2 Informações de diálogo homem-máquina
O diálogo homem-máquina utiliza dois fluxos de informação que circulam no sentido:
•
máquina-homem;
•
homem-máquina.
Estes dois fluxos são simultaneamente independentes e associados:
-
independentes, porque podem apresentar níveis de riqueza diferentes. É quem concebe o
automatismo que define estes níveis, em função das necessidades do processo e do utilizador (por
ex. sinais tudo ou nada do operador para a máquina, mensagens alfanuméricas ou sinópticos
animados da máquina para o operador),
-
associados, porque a intervenção do operador numa interface de comando se traduz a nível do
automatismo, por uma acção bem definida e pela emissão de uma informação que depende da boa
execução, ou não, desta acção. A intervenção do operador pode ser voluntária (paragem da
produção, modificação de dados, etc.), ou consequência de uma mensagem emitida pela máquina
(alarme, fim de ciclo, etc).
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Papel do operador
O diálogo homem-máquina reúne todas as funções de que o operador necessita para comandar e vigiar o
funcionamento de uma máquina ou de uma instalação.
Conforme as necessidades e a complexidade do processo, o operador pode ter de executar:
-
tarefas que correspondem ao desenrolar normal do processo: comandar a colocação em serviço e a
paragem, podendo estas duas fases incluir eventualmente procedimentos de arranque ou de
paragem confiados ao automatismo, executados manualmente, ou em modo semi-automático sob a
responsabilidade do operador;
-
tarefas ligadas a ocorrências imprevistas: detectar uma situação anormal e encetar uma acção
correctiva antes que a evolução desta situação provoque o agravamento das perturbações (por ex.
em caso de pré-alarme de sobrecarga de um motor, restabelecer as condições normais de carga
antes que o relé de protecção dispare);
-
fazer face a uma falha do sistema, parando a produção ou passando para um modo de
funcionamento gradual que substitua a totalidade ou parte dos comandos automáticos por
comandos manuais para manter a produção;
garantir a segurança das pessoas e dos equipamentos intervindo, se necessário, nos dispositivos de
segurança.
A análise destas tarefas demonstra a importância do papel do operador. Em função das informações de que
dispõe, pode ser levado a tomar decisões e medidas fora do âmbito dos procedimentos de condução em
condições normais e que influenciam directamente a segurança e disponibilidade das instalações. O
sistema de diálogo não deve pois, limitar-se a um simples meio de troca de informações entre o homem e a
máquina. Deve igualmente ser concebido de modo a facilitar a tarefa do operador e a permitir-lhe uma
condução segura em quaisquer circunstâncias.
Qualidade na concepção do diálogo
A qualidade de concepção do diálogo de exploração pode avaliar-se pela facilidade
com que o operador se apercebe de uma determinada ocorrência, a compreende e a
eficácia com que pode reagir a essa mesma ocorrência.
Aperceber-se:
Qualquer mudança das condições de funcionamento de uma máquina traduz-se geralmente pela
modificação ou pelo aparecimento de uma informação num sinalizador, um visor ou um ecrã. O operador
deve aperceber-se desta ocorrência sejam quais forem as condições ambientes (iluminação, etc). Existem
diversos meios de lhe chamar a atenção: sinalizadores pisca-pisca, mudança de cor, sinal sonoro,
protecção contra reflexos, etc.
Compreender:
Para evitar quaisquer riscos de acções prejudiciais para a segurança, a informação recebida pelo operador
deve ser suficientemente legível e precisa, para poder ser imediatamente interpretada e explícita.
A ergonomia de leitura dos constituintes é tão importante quanto a concepção da função:
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sinalizador luminoso: respeito da cor prescrita pelas normas, cadências de intermitência lenta ou rápida nitidamente diferenciadas, etc; visor: textos precisos na língua do operador, distância de legibilidade adequada, etc; ecrã: emprego de símbolos normalizados, da zona referida na mensagem, etc.
Reagir:
Consoante o teor da mensagem transmitida pela máquina, o operador pode ter de intervir rapidamente,
accionando um ou vários botões de pressão ou teclas. Esta acção é facilitada por:
etiquetagem clara: para identificar facilmente botões e teclas, marcando os botões de pressão com
símbolos normalizados;
-
ergonomia cuidada: com botões de pressão grandes, teclas de efeito táctil, etc.
1.3 Estrutura de uma aplicação de diálogo
Uma aplicação é o conjunto entre o operador e o processo automatizado. A sua realização é baseada em
diferentes critérios:
-
comando do automatismo;
-
seguimento da produção/processo;
-
manutenção correctiva;
-
etc.
Os critérios ligados ao utilizador, são:
-
ergonomia;
-
nível de intervenção (protecção de certas informações, ecrãs, ...); -
etc.
Os critérios de realização da aplicação autómato, são:
-
estrutura do programa;
-
estrutura dos dados;
-
colocação em serviço;
-
evolução.
Estas características necessitam de uma estruturação da aplicação.
Uma aplicação será composta por um conjunto de páginas, podendo ser organizadas em menus, tais como
se apresenta no exemplo abaixo.
Exemplo de ecrãs:
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Para desenvolver uma aplicação é necessário dispôr de softwares de programação do diálogo homem
máquina. Estes softwares que funcionam geralmente em ambiente Windows, permitem-nos o
desenvolvimento da aplicação de acordo com o pretendido ao nível do operador e do programa do
automatismo.
Softwares de desenvolvimento de uma aplicação de diálogo.
Os softwares propõem uma biblioteca de objectos gráficos animados, tais como: gráficos de barras,
indicadores de medida, selectores, potenciómetros, curvas de tendências e uma biblioteca de símbolos do
tipo bitmap (objectos não animados).
Exemplo de objectos gráficos disponíveis na biblioteca
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1.4 Diferentes fases para a construção geral de um projecto com diálogo HomemMáquina
1ª fase : definição dos captores e
accionadores (tipo e quantidade)
2ª fase : definição dos autómatos
programáveis (processadores, módulos)
3ª fase : definição das redes de
comunicação e do bus de terreno
4ª fase : definição da Interface
Homem- Máquina
Planeamento do projecto de diálogo Homem-Máquina
Definição da lista das páginas:
página inicial, sumário, página
processo, janelas popup, gráficos, ...
Definição da navegação entre
páginas : botões, zonas tácteis, ...
Padaria
Definição das informações a
visualizar nas páginas : sinalizadores,
valores, curvas, diagramas, alarmes.
Definição dos comandos a enviar
ao autómato : botões, zona táctil,
digitação de valores
Dentro dos terminais de diálogo, encontramos ao nosso dispôr uma gama muito variada: ecrãs com teclas e
campos alfanuméricos ou gráficos, tácteis com ou sem teclas.
Através do software de programação, são criadas as várias páginas da aplicação (sumário, processo,
gráficos, alarmes, receitas,…). As páginas ou mesmo alguns campos das páginas, podem ainda ser
bloqueadas por password, de modo a proteger determinados parâmetros que possam ser críticos em
relação ao processo.
Estes terminais comunicam com os autómatos através de uma ligação série assíncrona integrada (RS 232
C, RS422/485), via porta USB ou em alguns casos via Ethernet. A utilização de um dos protocolos de
comunicação (Unitelway, Modbus,...), assegura uma comunicação simplificada com os autómatos da
Schneider Electric, podendo contudo comunicar com outros protocolos utilizados por outros fabricantes.
Os protocolos terceiros (por exemplo: DF1, DH485, SNPX, Sysway, AS511/3964R, MPI/PPI) asseguram a
ligação a outros autómatos propostos por outros fabricantes.
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2 Interfaces de diálogo homem-máquina
O diálogo homem-máquina sofreu uma grande evolução nos últimos anos.
A função elementar associada ao botão de pressão foi enriquecida por interfaces de diálogo electrónicas
permitindo que o seu desempenho seja melhorado. Podem ser personalizadas para que possam responder
a novas funções, como por exemplo a parametrização ou a ajuda ao diagnóstico.
Desde o simples botão de pressão até aos sofisticados sistemas de supervisão, a função de “diálogo
homem-máquina” dispõe de uma vasta gama de interfaces. Oferece assim soluções perfeitamente
adequadas, seja qual fôr o nível de diálogo necessário para a condução e vigilância óptimas de
equipamentos de todos os tipos.
A norma EN 60204-1 define o código de cores às quais devem estar conformes as lâmpadas e os botões de
pressão, por exemplo :
- Sinalização vermelha: Urgência – condição perigosa necessitando de uma acção imediata (pressão fora
dos limites de segurança, ruptura de acoplamento, etc);
- Sinalização amarela: Anormal – condição anormal podendo levar a uma situação perigosa (pressão fora
dos limites normais, disparo de um dispositivo de protecção, etc);
- Sinalização branca: Neutro – informação geral (presença de tensão de rede, etc);
- Botão de pressão vermelho: Urgência – acção em caso de perigo (paragem de emergência, etc);
- Botão de pressão amarelo: Anormal – acção em caso de condições anormais (intervenção para colocar
em funcionamento um ciclo automático interrompido, etc).
2.1 Comando e sinalização “tudo ou nada”
Botões de pressão e sinalizadores
O botão de pressão é uma interface utilizada para os comandos gerais de arranque e paragem, e para o
arranque de comandos dos circuitos de segurança (paragem de emergência). Existem disponíveis com
vários diâmetros: 16, 22 e 30 mm (Normas NEMA), ou ainda noutros diâmetros.
Manipuladores
Os manipuladores são particularmente destinados para o comando de deslocamentos sobre dois eixos, por
exemplo os movimentos de translação/direcção ou de subida/descida.
Geralmente permitem de 2 a 8 direcções, com 1 ou 2 contactos por direcção, com ou sem passagem pelo
zero. Alguns destes manipuladores podem ser equipados com um contacto “homem morto” no fim da
alavanca.
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Balizas e colunas luminosas
As balizas e colunas luminosas são elementos de sinalização óptica ou sonora utilizados para serem
visualizados a uma grande distância.
Balizas : Comportam um só elemento luminoso, vidro ou flash, incolor ou de cor verde, vermelha, laranja ou
azul.
Colunas : Apresentam uma composição variável por agrupamento de elementos: vidros, flash ou avisador
sonoro. Estes elementos montam-se facilmente.
• A norma IEC 60204-1 define os códigos de cores correspondentes às mensagens que devem ser afixadas
:
Sinalização luminosa :
- Vermelho: urgência (acção imediata) ;
- Amarelo/Laranja: anormal (vigilância e/ou intervenção);
- Verde: condição normal (opcional);
- Azul: acção obrigatória (necessita de uma acção do operador);
- Branco: vigilância (opcional).
Botões e sinalizadores para ligação aos circuitos impressos
• A gama de diâmetro 22 mm existe em versão “ligação aos circuitos impressos”:
Estes produtos são destinados à realização de suportes de diálogo em quantidades repetitivas e com um
esquema idêntico. As cabeças de comando e de sinalização são as mesmas da gama standard. Os blocos
eléctricos, específicos para estas versões, são munidos de saídas de contactos e permitem a sua soldadura
sobre um circuito impresso.
• Botões de pressão e Led´s de cabeça quadrada :
Estes aparelhos instalam-se com um passo de 19.05 mm (3/4 polegada) em locais com um diâmetro de 16
mm. Permitem realizar painéis de comando reduzidos quando o espaço disponível é pequeno, podendo
também ser associados a teclados.
• Sinalizações luminosas com díodos electroluminosos:
Os sinalizadores a LED são particularmente recomendados logo que o espaço disponível seja reduzido ou a
quantidade de elementos de sinalização seja elevada (potência dissipada baixa).
Estes apresentam inúmeras vantagens: excelente comportamento aos choques, vibrações e sobretensões,
longa duração de vida (>100.000 h) e consumos baixos, permitindo assim uma compatibilidade directa com
as saídas dos autómatos programáveis.
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A gama Harmony (marca Telemecanique):
A foto abaixo representa um extrato da gama de comando e sinalização “tudo ou nada” Harmony.
Estes produtos distinguem-se entre outros factores por:
- simplicidade: montagem fácil e segura;
- a tecnologia a LED’s é utilizada para todas as funções luminosas;
- flexibilidade: de construção modular, os produtos podem evoluir acompanhando a evolução do
automatismo;
- robustez: performances mecânicas largamente acima dos níveis normativos;
- compacidade: as dimensões são as mais pequenas do mercado;
- as múltiplas possibilidades de ligação.
2.2 Visualização e introdução de dados numéricos
Em numerosas aplicações pode ser necessário vigiar parâmetros com uma precisão maior do que a
proporcionada pelos sinalizadores. Para satisfazer esta necessidade, existem ao nosso dispôr visores
numéricos e alfanuméricos.
Visores numéricos
Os visores numéricos permitem a sinalização clara de resultados de medições (temperaturas, pressões,...),
contagem (quantidade de peças produzidas,...), posições de peças móveis, etc. São compatíveis com as
saídas dos autómatos programáveis.
Visor 1 dígito
Estes visores têm um diâmetro de 22 mm, com LED de 7 segmentos e constituem um complemento à gama de botões e sinalizadores. Existem em 2 versões de entradas: decimal + BCD, em que o valor visualizado segue directamente o valor da entrada; BCD + latch, em que o valor visualizado é actualizado e memorizado pelo sinal de validação (sinal latch).
Esta versão permite multiplexagem. 11
Terminais de diálogo evoluídos
O desenvolvimento da electrónica e das telecomunicações permitiram o aparecimento de interfaces de
diálogo e de comunicação apresentando funções enriquecidas e conviviais.
Estas interfaces permitem em particular a parametrização dos produtos, a leitura de informações relativas a
um accionador, como por exemplo o consumo de corrente, a sua temperatura, a sua velocidade, etc.
O operador pode também escolher a língua preferida para efectuar uma operação de parametrização
preliminar.
As versões codificadas em BCD, permitem fazer introduções ou modificações simples e fáceis de dados
numéricos. As informações saídas destes teclados podem ser exploradas directamente pelas unidades de
tratamento.
Painéis de controlo específicos integrados nos produtos
As ferramentas específicas de diálogo integradas nos produtos permitem um melhor desempenho
adaptado às necessidades de regulações de exploração e igualmente permitem uma assistência eficaz ao
diagnóstico.
Exemplo dos painéis que equipam o Altivar ATV 71 da Telemecanique
Características principais
- Ecrã gráfico com afixação personalizada.
- Texto e teclado disponível em 6 línguas (inglês, chinês, alemão, espanhol, francês e italiano) com
possibilidades de extensão a outras línguas.
- Botão de navegação para facilmente navegar pelos menus.
- Menu “Simply Start” para arrancar rapidamente e beneficiar o mais breve possível de todas as
performances do equipamento (Altivar 71).
- Afixação em permanência dos parâmetros de funcionamento do motor.
Exemplo de mensagens do Altivar ATV 71
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2.3 Terminais/ecrãs
A diferença dos terminais integrados nos produtos, relativamente a estes produtos, é que estes são
produtos genéricos e podem ser associados a uma qualquer aplicação.
A sua aplicação resume-se sobretudo para a fase de colocação em serviço e de exploração. Segundo o tipo
de terminal e o software de concepção associado, eles podem também ter um papel importante no que
respeita à manutenção.
Os terminais comunicam com o processo através de um bus de comunicação standard, fazendo parte
integrante da cadeia de diálogo.
Para ilustrar as inúmeras variantes de terminais existentes, mencionamos aqui a gama Magelis da
Telemecanique. Estes terminais gráficos (com ecrã táctil LCD de 5.7” a 12.1” e com teclado ou ecrã táctil de
10.4”) permitem um acesso simples às soluções gráficas de pilotagem e/ou de condução dos sistemas
automatizados.
As comunicações apresentam excelentes desempenhos, sendo possível a sua ligação directa sobre a rede
Ethernet TCP/IP.
A configuração dos terminais é feita através de um software de programação, em conformidade com o
programa do autómato. As teclas de funções, de efeito táctil, ou não, podem ser configuradas para obter
diversos modos de comando: por impulsos, com encravamento selectivo. Podem também ser encravadas
pelo automatismo.
As trocas entre o terminal de comando e o automatismo fazem-se por ligação série assíncrona, ponto-a
ponto ou multiponto, com os protocolos standard (Modbus, Unitelway, Ethernet,…).
Particularidades significativas
- Concebidos para ambientes industriais severos.
- Compactos e robustos.
- Comando seguro, apresentando uma ergonomia com teclado ou ecrã táctil.
- Manutenção e diagnóstico possível via Web.
- Comando à distância via Ethernet.
- Acesso possível às informações de diagnóstico dos terminais de diálogo através de páginas HTML.
- Telediagnóstico.
- Envio automático de mensagens electrónicas (e-mails).
- Possibilidades de ligação do autómato (diversos fabricantes possíveis).
- Comunicação OPC (diversos fabricantes possíveis).
- Possibilidade de VB Script.
- Conceito de diálogo homem-máquina inovador.
- Estações de comando descentralizadas.
- Acesso centralizado às estações locais, pequenas salas de comando.
- Utilização possível a nível mundial graças à possibilidade de serem programados em várias línguas
diferentes.
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Algumas referências da gama Magelis
Magelis XBT N
Estes terminais têm como funções principais:
-
visualizar os dados vindos do automatismo;
-
modificar parâmetros do automatismo;
-
comandar um processo.
Magelis XBT R/RT
Estes terminais são matriciais. Apresentam 4 a 10 linhas de afixação, de 5 a 33 caracteres. Podem conter símbolos semi-gráficos. Possuem teclas e podem ter password. Magelis XBT GT
Terminais gráficos com ecrã a cores. São
ecrãs tácteis, apresentando-se
disponíveis com as seguintes dimensões:
3.8, 5.7, 7.4, 10.4, 12.1 e 15 polegadas.
Magelis XBT GK
Terminais gráficos com teclas e/ou ecrã táctil, disponível nos tamanhos:
5.7 e 10.4 polegadas.
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Magelis XBT GTW
Terminais gráficos com ecrã táctil, disponível nos tamanhos: 8.4 e 15
polegadas.
Características principais dos terminais gráficos Magelis XBT G de ecrã táctil
- Ecrãs LCD.
- Representação de variáveis alfanuméricas, objectos bitmap, gráficos de barras, botões, lâmpadas, data e
hora, pirilampos, teclado popup.
- Curvas com histórico.
- Histórico de alarmes incorporado.
- Comunicação Ethernet integrada 10 BASE T (RJ 45).
- Protocolos telecarregáveis Unitelway, Modbus, Modbus TCP/IP.
- Compatibilidade com todos os autómatos Schneider Electric e diversos de terceiros.
- Software de programação e configuração Vijeo Designer.
- Cartão Compact Flash.
- Tensão de alimentação 24 Vcc.
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3 Servidor Web integrado
As classes de serviço Transparent Ready tornam possível identificar os serviços providenciados por cada
dispositivo:
- diagnóstico, visualização e controlo de serviços através de tecnologias Web.
- serviços de comunicação Ethernet.
O serviço de classes Transparent Ready simplifica a escolha de dispositivos e assegura a sua
operacionalidade na arquitectura.
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O acesso aos servidores Web para fins de personalização e de configuração é conseguido através de
softwares:
O Factory Cast está disponível nos autómatos com Ethernet. Factory Cast : contém funções de diagnóstico remotas usando um simples browser de Internet. 17
Permite:
-
acesso à aplicação e aos sistemas de diagnóstico;
-
visualização e regulação numérica ou gráfica dos dados;
-
envio de correio electrónico (e-mail);
-
possível personalização e criação de páginas web para diagnósticos adequados às necessidades.
Factory Cast HMI: contém além das funções de diagnóstico do Factory Cast, funções HMI integradas no
módulo do autómato.
Características:
-
Base de dados e aquisição de dados do autómato (1.000 variáveis) em tempo real;
-
Cálculos para pré-processamento de dados;
-
Gestão avançada de alarmes com envio de correio electrónico;
-
Registo de dados em bases de dados relacionais (SQL, Oracle, MySQL);
-
Um servidor web personalizável para uma interface adequada às necessidades.
Factory Cast Gateway: oferta composta por uma gateway com inteligência web “tudo em um”, integrado
num invólucro independente.
-
Interfaces de comunicação em rede e ligações série Modbus ou Unitelway;
-
Função de acesso remoto, servidor RAS;
-
Função de notificação de alarmes por correio electrónico;
-
Função de personalização Web.
Servidor Web Factory Cast
A Schneider Electric possui uma gateway Ethernet/Modbus, com supervisão remota e notificação por email.
O FactoryCast Gateway é uma oferta que consiste num equipamento standard, possibilitando o acesso
remoto às variáveis do equipamento série e servidor de páginas Web parametrizáveis pelo utilizador.
É a resposta para os clientes que querem ligar os seus equipamentos série (RS485) Modbus numa
infraestrutura TCP/IP e ter um acesso remoto a esses equipamentos.
•
Actua como um Router entre a rede Ethernet TCP/IP e os dispositivos Modbus série.
•
Possui capacidade RAS (Remote Access Service), acesso à distância via ligação PPP (RTC ,GSM,
ISDN & xDSL modems suportados).
•
Possibilita ao utilizador personalizar as páginas incorporadas do servidor WEB.
•
Notificação por e-mail com as variáveis do processo a ser notificado.
•
Compatível com qualquer equipamento série escravo Modbus RS485.
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Encontram-se na figura seguinte alguns serviços de comunicação disponíveis:
30- Avançado
I/O Scanning
PLC
Comunicação
Global Data
topo de
gama
Network
FDR Extended
20- Regular
Comunicação
Modbus Messaging
Eq. Intelig.
Faulty Device
Gama
Média PLC
Network
10- Básico
Endereçamento IP
Eq. simples
Comunicação
Mobdus Messaging
Gama baixa
PLC
Mobdus Device
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4 Computadores Industriais – iPC’s
Os PC industriais caracterizam-se por uma concepção “robusta” o que permite o seu funcionamento sem
falhas num meio industrial em presença de perturbações electromagnéticas e climáticas severas. Os PCs
industriais podem ser compactos ou modulares para uma adaptação perfeita às necessidades do cliente.
As figuras abaixo representam parte da oferta da Schneider Electric:
ecrãs externos
A diferença entre um Computador Industrial (iPC - Industrial PC) e um terminal de diálogo, anteriormente
exposto, é o facto do iPC ser um conjunto único, ou seja, teclado (ou Touch-Screen), CPU e Display (CRT
ou LCD) num único corpo. São produtos modulares, compostos por uma unidade de comando (Control
Box) e de um ecrã que deverá ser montado, antes da colocação em serviço.
A Control Box pode ser utilizada sózinha com um monitor vídeo e um teclado externo.
Nomalmente, por serem aplicados em controlo ou supervisão de máquinas ou processos, estas interfaces
são resistentes à água, poeira, temperatura e vibração, o que resulta num altíssimo factor de MTBF
(Minimun Time Between Failures) para o processo.
Seguindo de perto as evoluções tecnológicas do mundo informático (PC’s), a Schneider Electric, possui
uma gama completamente renovada de PC’s industriais, para responder às necessidades mais amplas das
aplicações de interface Homem-Máquina.
Adaptadas aos ambientes industriais, de acordo com o conceito Transparent Ready, os terminais iPC,
respondem ao duplo objectivo de simplificação da oferta e de segmentação das aplicações cliente.
Beneficiando das últimas evoluções da Microsoft Windows, nomeadamente a abertura e uma ergonomia
evoluída, tal como os microprocessadores Intel Pentium M, permitem que a gama da Schneider Electric de
iPC’s, tenha características excepcionais.
Existem 3 versões de unidades centrais. Duas versões são modulares, o que facilita a manutenção.
As versões modulares são compostas por um bloco de alimentação, um bloco
unidade central (CPU) e um bloco para cartas de extensão.
Em relação aos ecrãs, existem também diversos modelos: -
ecrã LCD de 12” ou 15”, táctil ou não, com ou sem teclado estanque. 20
4.1 Magelis Smart iPC
Esta gama representa o compromisso ideal entre o PC industrial e o terminal operador para aplicações
cliente evolutivas em ambiente Windows. É o terminal ideal para arquitecturas Transparent Ready.
-
Simples, beneficiando do ambiente Microsoft Windows, para aplicações cliente standard, tais como
o Internet Explorer, Outlook express, Excel e Word.
-
Acesso à Ethernet TCP/IP a 10/100 Mbps, o que lhe confere uma abertura total, tanto localmente
como remotamente, para uma utilização, um diagnóstico e uma manutenção simplificada.
-
Um conforto de utilização devido à sua palete de navegação táctil.
-
Expansão simplificada dos equipamentos: 1 ou 2 portas Ethernet, 2 ou 4 portas USB e 1 ou 2 slots
PCMCIA.
-
4.2 Magelis Compact iPC
Os PC´s industriais Magelis Compact iPC, estão adaptados às restrições dos ambientes industriais,
combinando dimensões compactas, com elevado desempenho e abertura a aplicações sob Windows XP
Pro.
Estas Magelis são o prolongamento natural da gama dos terminais Smart iPC. Associados ao software de
programação e configuração Vijeo Designer, os terminais Magelis XBT GT, Smart e Compact iPC, são
garantias de uma flexibilidade total: escolha do material, escolha do sistema operativo com um software
único permitindo a definição de todas as aplicações de diálogo, desde a mais simples até a mais evoluída.
Valoriza as soluções máquina desde as mais simples às mais complexas, devido a:
-
Abertura às aplicações de interface Homem-Máquina e de supervisão, tal como a possibilidade de
obter numerosas arquitecturas de automatismo graças à escolha de microprocessadores da Intel
Pentium e da Microsoft Windows.
-
Uma comunicação adaptada ao ambiente máquina com 2 ligações Ethernet TCPIIP.
O produto oferece ainda a possibilidade de ligação sem fios (Wireless).
-
Um ecrã beneficiando de um grande ângulo de visão, até 160º.
-
Cartas de extensão: PCI ou PCMCIA.
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4.3 Magelis Smart BOX, Magelis Compact PC BOX, Magelis Flex PC BOX
Logo que as interfaces de diálogo homem-máquina tenham que ser separadas da unidade central e
funcionem sob ambiente Windows, a gama dos PC´s industriais Magelis BOX, oferece uma variedade de
soluções de potência gradual para responder às necessidades de diálogo homem-máquina e de SCADA,
para aplicações de processo e das máquinas.
- Redes: duas portas Ethernet (10/100/1G e 10/100).
- USB: quatro portas USB para o armazenamento, e ligação HiFi.
- Impressoras: numerosas impressoras suportadas. Execução das aplicações sob ambiente Windows:
SCADA.
- Exploração de dados multimédia: áudio, imagem, vídeo.
- Utilização de todos os ficheiros Office, do tipo Word, Excel, Powerpoint,….
- Outros softwares terceiros que funcionem sob Windows.
- Integração em arquitecturas repartidas: arquitectura Cliente/Servidor.
- Acesso às redes Intranet/Internet.
A gama Magelis BOX é constituída por quatro unidades centrais (Embedded BOX Smart BOX, Compact PC
BOX, Flex PC BOX, Flex PC BOX H) e duas famílias de ecrãs (Industrial Display Magelis iDisplay, Front
Panel Magelis iPC).
As unidades centrais Smart BOX, Compact PC BOX e Flex PC BOX F/H integram funções de diagnóstico
especialmente concebidas para facilitar a manutenção:
- Vigilância da temperatura interna da unidade central e informações aos utilizadores, como por exemplo a
emissão de um e-mail.
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5 Supervisão Além do diálogo homem-máquina descrito anteriormente, podemos ainda optar por efectuar a supervisão da
nossa aplicação através de um PC, onde se instalou previamente um software de supervisão, a que
designamos por sistema SCADA (Software for Control And Data Acquisition).
Estes sistemas podem assumir topologia mono-posto, cliente-servidor ou múltiplos servidores-clientes.
Actualmente tendem a libertar-se de protocolos de comunicação proprietários, como os dispositivos PACs
(Controladores Programáveis para Automação), módulos de entradas/saídas remotas, controladores
programáveis (CLPs), registadores , etc, para arquiteturas cliente-servidor OPC (OLE for Process Control).
Para os próximos anos, a tendência dos sistemas de supervisão será a supervisão remota, usando
sistemas de telemetria através de tecnologias sem fios, (telemóvel, rádio ou satélite). Através destas
tecnologias, os sistemas SCADA terão a capacidade de controlar processos industriais localmente ou em
zonas diferenciadas. Aplicações de logística e controlo de frotas são um bom exemplo pratico, assim como
controlo de distribuição de serviços públicos, como água, esgotos, gás ou energia. SCADA indica
precisamente um sistema com cobertura geográfica, em alternativa à topologia DCS (Distributed Control
System) que actua no mesmo campo, mas com características locais. A diferença é importante, porque no
SCADA implica na gestão dos protocolos de transmissão típicos de uma rede WAN (Wide Area Network) e
com dados temporais mais complexos. Como exemplo podemos comentar que o sistema de controlo e
supervisão de uma rede eléctrica é tipicamente um SCADA, um sistema do mesmo tipo dedicado a uma
refinaria é um DCS.
Os softwares de supervisão permite-nos a criação da nossa aplicação e o controlo-comando do processo
aplicativo. Estes softwares oferecem uma sinergia perfeita entre a web e o HMI (interface homem-máquina).
Inicialmente os sistemas SCADA permitiam informar periodicamente o estado do processo industrial,
monitorizando sinais representativos de medidas e estados de dispositivos, através de um painel de
lâmpadas e indicadores, sem qualquer interface aplicacional com o operador.
Com a evolução tecnológica, os computadores assumiram um papel de gestão na recolha e tratamento de
dados, tornando possível a sua visualização num ecrã e a geração de comandos de programação para
execução de funções de controlo complexas.
Os sistemas SCADA melhoram a eficiência do processo de monitorização e controlo, disponibilizando em
tempo útil o estado actual do sistema, através de um conjunto de previsões, gráficos e relatórios, de modo a
permitir a tomada de decisões operacionais apropriadas, quer automaticamente, quer por iniciativa do
operador.
Características
A supervisão é uma forma evoluída do diálogo homem-máquina, com possibilidades muito mais vastas, do
que as funções de condução e vigilância, mencionadas anteriormente. De um modo geral, responde à
necessidade de capacidade de tratamento elevada:
-
assegura a comunicação entre os equipamentos de automatismo e os instrumentos de
ordenamento e gestão da produção, para lançar e gerir os diversos programas de fabrico;
-
coordena o funcionamento de um conjunto de máquinas interligadas, constituindo uma ilha ou uma
linha de produção, assegurando a execução de ordens comuns (marcha, paragem, etc) e de
tarefas, tais como a sincronização e a pilotagem de funcionamento graduais;
-
assegura uma gestão qualitativa e quantitativa da produção, implicando a recolha em tempo real de
numerosas informações e respectivo arquivo, bem como o tratamento imediato ou diferido;
-
assiste o operador nas operações de diagnóstico de manutenção preventiva e correctiva.
23
A potência de tratamento e as funcionalidades avançadas dos sistemas de supervisão, fazem com que
estes sejam sobretudo indicados para os processamentos contínuos de automatismos em máquinas
automáticas. Neste caso, a utilização de um supervisor pode melhorar de modo notável os desempenhos,
por exemplo, quando a produção necessita de mudanças frequentes de fórmulas, quando os ciclos de
produção incluem fases de preparação ou de paragem complexos ou quando é necessária a gestão da
produção.
As principais funcionalidades de um SCADA, são:
-
Gestão dos alarmes:
-
Curvas de tendências, em tempo real e histórico:
-
Registo de dados:
-
Interface gráfica:
24
Através das redes informáticas LAN é feita a interligação com os sistemas SCADA, MRP (Manufacturing
Resource Planing) e ERP (SAP, BAAN, etc).
Algumas características chave das soluções SCADA da Schneider Electric, são:
-
Web Client compatível com Transparent Factory;
-
Estrutura em árvore para fácil manuseamento de objectos;
-
Redundância integrada;
-
Código de programação em VBA; -
Elevado nível de desempenho. As soluções SCADA da Schneider Electric, são baseadas em standards do mercado, tais como:
-
OPC / OFS para ligação entre o PLC e a aplicação
-
Active X (inclui WEB browser)
-
Java Beans
-
Microsoft Visual Basic for Application -
ADO for historian data base link -
Laplink, incluido para transferência da aplicação e manutenção remota
)
Arquitecturas
Os sistemas SCADA da Schneider Electric foram concebidos para suportar arquitecturas
monoposto/multipostos, de modo a responder aos crescentes pedidos dos utilizadores, para aumentar as
capacidades de supervisão e de controlo, nas instalações industriais.
O Vijeo Citect foi criado para os operadores, os directores de produção, e também para os integradores
de sistemas que procuram um software de controlo e de aquisição de dados potente, adaptável e
inteiramente integrado aos outros equipamentos.
O Vijeo Citect está sincronizado com os softwares de programação dos autómatos, por forma a garantir
em permanência um sistema coerente.
A noção de «clustering» na terminologia informática permite a sua utilização em aplicações
centralizadas e distribuídas. O Vijeo Citect oferece uma visão global do processo permitindo um controlo
próximo dos equipamentos para uma optimização dos custos. Por outro lado, a leveza da arquitectura
permite equilibrar a carga das máquinas aumentando assim a fiabilidade.
O Vijeo Citect beneficia de todas as evoluções tecnológicas dos sistemas de exploração Windows
Arquitecturas multi-servidor/multi-cliente, centralizada ou distribuída.
25
Clientes
Funcionalidades do servidor :
-
Aquisição de dados; -
Processamento de dados;
-
Processamento de alarmes e eventos;
-
Lógica definida pelo utilizador;
-
Logging de dados;
-
Recuperação e processamento de dados históricos;
-
Controlo de processos estatísticos;
-
Relatórios.
Funcionalidades do cliente :
-
Configuração gráfica/monitorização e controlo do processo;
-
Ambiente de engenharia e runtime integrado.
Pode funcionar como terminal remoto, através da Internet.
26
O acesso dos clientes ao servidor, incluindo servidores redundantes, é controlado pelo License Manager.
As diferentes topologias do sistema:
27
6 Glossário
Devido à utilização frequente neste sector, de termos na língua inglesa, incluímos um glossário de termos
usados nesta área.
ASCII
Código digital de 7 bits do standard estabelecido pelo American National Standards Institute. ASCII significa
American Standard for Information Interchange.
10Base2
Tipo de ligação em rede, de acordo com as especificações IEEE 802.3, utilizando ligações em “BUS”, com
cabo coaxial até 185m e velocidade de transmissão até 10 Mbps.
10Base5
Tipo de ligação em rede, de acordo com as especificações IEEE 802.3, utilizando ligações em “BUS”, com
cabo coaxial grosso e transceivers até 500 m e velocidade de transmissão até 10 Mbps.
10BaseT
Tipo de ligação física de uma rede Ethernet, de acordo com as especificações IEEE 802.3, utilizando
ligações em “ESTRELA”, com cabo UTP/FTP e HUB´s, para comprimentos até 100m e velocidades de
transmissão até 10 Mbps.
100BaseT
Tipo de ligação física de uma rede Ethernet através de um cabo par torçado que opera a 100 Mbauds.
Binary
Sistema numérico onde os valores são representados somente pelos dígitos 0 e 1. Este sistema é utilizado
em equipamentos digitais permitindo uma economia nos circuitos que utilizem semicondutores lógicos. Um
transistor pode ser representado pelo valor lógico “0” ou pelo valor “1”.
Bit
Acrónimo de dígito binário. É
a unidade de informação do sistema numérico binário. Os Bits são
representados pelos dígitos 1 e 0.
Byte
Sequência de dígitos binários. Constituído por 8 bits.
Circuito TTL / C.MOS
Circuitos integrados lógicos de silício com base na tecnologia de fabrico dos transístores TTL. Transístor
Transistor Lógico ou do C.MOS – Complementar Metal Óxido de Silício.
28
Client
Computador que tem acesso à rede, mas que não partilha nenhum dos seus recursos com a rede.
Digital
Valor discreto. Tipicamente com dois estados: ON e OFF.
ERP
Enterprise Resource Planning são sistemas de informação que integram todos os dados e processos de
uma organização num único sistema. A integração pode ser vista sob a perspectiva funcional (sistemas de
finanças, contabilidade, recursos humanos, fabricação, marketing, vendas, compras, etc) e sob a
perspectiva sistémica (sistema de processamento de transações, sistemas de informações gerenciais,
sistemas de apoio á decisão, etc).
Os ERPs em termos gerais, são uma plataforma de software desenvolvida para integrar os diversos
departamentos de uma empresa, possibilitando a automação e armazenamento de todas as informações de
negócios.
Ethernet
Rede de comunicação aberta que permite a ligação de uma fábrica a todos os níveis, desde o escritório até
às E/S de campo.
Gateway
Equipamento que interliga quaisquer dois tipos de redes. Funciona como um interface no nível da aplicação
“camada 7 do modelo OSI” . A gateway executa a conversão de protocolos e/ou endereços, permitindo a
comunicação entre estações em redes diferentes.
Hardware
Equipamento físico (mecânico, eléctrico ou electrónico).
HMI
Interface Homem-Máquina.
Host
Em informática, host é qualquer máquina ou computador ligado a uma rede. Os hosts podem ser desde
computadores pessoais a super computadores, entre outros equipamentos, como routers.
Qualquer Host na Internet tem obrigatoriamente de representar um endereço IP. Através do comando PING
ou WHOIS podemos obter mais informações sobre o endereço IP de determinado Host.
29
Por outro lado, nem todos os endereços IP representam um host. Para que um endereço IP aponte para
um host utilizamos o DNS Reverso.
Hubs
Equipamento que permite ligar múltiplos equipamentos numa comunicação em rede. Ligação dos
equipamentos em estrela.
Internet
Grupo de redes interligadas, que utilizam a Ethernet TCP/IP, para funcionarem em conjunto.
Intranet
Rede privada de uma fábrica ou empresa, baseada nas tecnologias da Internet. É uma rede isolada do
acesso a utilizadores via Internet (World Wide Web) através de uma firewall.
IPC´s
Computadores Industriais.
LAN
Rede de área local (ou LAN, acrónimo de Local Area Network) é uma rede de computador utilizada na
interligação de equipamentos processadores com a finalidade de troca de dados. Tais redes são
denominadas locais por cobrirem apenas uma área limitada (10 Km no máximo, quando passam a ser
denominadas MANs ), visto que fisicamente, quanto maior a distância de um nó da rede ao outro, maior a
taxa de erros que ocorrerão devido à degradação do sinal.
As LANs são utilizadas para ligar estações, servidores, periféricos e outros dispositivos que possuam
capacidade de processamento numa casa, escritório, escola e edifícios próximos.
Latch
Trinco.
“Circuito electrónico digital que complementa uma célula de memória estática. O modelo mais simples é
formado por um par de inversores montados de forma que a entrada de um seja ligada à saída do outro,
formando uma realimentação dupla. Sempre que as duas entradas forem 0 lógico, o estado anterior é
mantido e está à disposição para consultas. Este estado é chamado de memória. Quando a primeira
entrada for 1 e a segunda 0, as saídas são alteradas proporcionalmente a esses valores, sendo que a
situação inversa é verdadeira. Não é permitido atribuir 1 lógico às duas entradas porque esse estado
causaria instabilidade no circuito, não permitindo o balanceamento das saídas. É muito comum encontrar
latchs implementados com portas lógicas NAND ou NOR. Este tipo de circuito é conhecido como latch
set/reset.”
LED
Díodo Emissor de Luz .
30
Modem
Acrónimo para modelador/desmodelador. Modula o sinal digital num analógico para transmissão através de
rede telefónica, utilizando um cabo coaxial ou outro meio de transmissão. Desmodula o sinal analógico num
sinal digital.
MRP
Manufacturing Resource Planing.
Introduzido inicialmente, o MRP foi sendo desenvolvido até se tornar MRP II que já tem em conta aspectos
relacionados com finanças, compras e marketing. Este sistema, nomeadamente o MRP, tornou-se um
conceito popular nos anos de 1960.
Node
Nó - Unidade ou equipamento comunicante de uma rede.
Protocol
Conjunto de regras definidas, necessárias para assegurar que vários elementos possam executar trocas de
dados.
Repeater
Dispositivo inteligente para regenerar o sinal em redes com grandes distâncias.
RJ-45
Tipo de ficha utilizada nas redes 10BaseT e 100BaseT.
Router
É um equipamento usado para fazer a comutação de protocolos, e a comunicação entre diferentes redes de
computadores permitindo a comunicação entre computadores distantes entre si.
Routers são dispositivos que operam na camada 3
do modelo OSI. A principal característica destes
equipamentos é seleccionar a rota mais apropriada para enviar os pacotes recebidos. Ou seja, encaminhar
os pacotes pelo melhor caminho disponível para um determinado destino.
RS-232C / Electronic Institute of America (EIA)
Standard para a comunicação de dados. Os dados são enviados em diferentes velocidades. 8 bits de dados
por caractere, distâncias até 12 metros. Comunicação ponto-a-ponto.
RS-485 / Electronic Institute of America (EIA)
Standard para a comunicação de dados. Os dados são enviados em diferentes velocidades . 8 bits de
dados por caractere. Distâncias até 120 metros.
31
SCADA
Software for Control And Data Acquisition.
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
Conjunto de protocolos de comunicação, em que cada um realiza um conjunto de tarefas de comunicação.
WAN
Nome dado a redes remotas, utilizando como suporte físico, linhas telefónicas públicas.
Web Pages
Páginas para visualização de texto, de gráficos e de animações, incluídas num site Web.
32
33
Schneider Electric Portugal
Centro de Formação Profissional
Avenida Marechal Craveiro Lopes, Nº 6
1749-111 Lisboa
Tel.: 217 507 263
Fax: 217 507 102
Junho 2009
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Diálogo Homem-Máquina. Documento técnico n.4

Transcrição

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